New method to generate mid-infrared optical frequency combs for molecular spectroscopy

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta fi
dc.contributor Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Chemistry en
dc.contributor.author Ulvila, Ville fi
dc.date.accessioned 2018-05-21T05:18:38Z
dc.date.available 2018-06-02 fi
dc.date.available 2018-05-21T05:18:38Z
dc.date.issued 2018-06-12 fi
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-951-51-4314-3 fi
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/235246
dc.description.abstract In the current study, I experimentally demonstrate a new technique for generating a mid-infrared optical frequency comb (OFC). The motivation for this work stems from importance of coherent light sources to molecular spectroscopy, particularly in the mid-infrared region, where the strong fundamental molecular vibration-rotation absorption bands lie. Coherent light sources are needed to provide the best available sensitivity and selectivity in the spectroscopy experiments. As a prelude for the OFC research, an optical parametric oscillator operating close to signal-idler degeneracy was also examined in this thesis. The OFC generator investigated here is based on cascaded quadratic optical nonlinearities (CQNs), an approach that was first discovered as a part of the current study. By applying the new method inside a continuous-wave pumped optical parametric oscillator (OPO), a high-power mid-infrared OFC was produced by simple near-infrared laser pumping. Here, I present a rigorous experimental study of the new mid-infrared OFC generator. In particular, I verify the CQN comb mode spacing uniformity and demonstrate tuning of the center wavelength, offset frequency, and the mode spacing of the mid-infrared comb. I also apply a parametric seeding technique to improve the spectral quality of the comb. Furthermore, I demonstrate that the CQN method is capable of generating multioctave-spanning composite frequency combs. These results demonstrate the potential of the new OFC generation method for demanding molecular spectroscopy experiments. Utilization of an OFC source in field applications of molecular spectroscopy requires a robust and compact experimental platform. At the end of this thesis, I present preliminary results of our work towards miniaturization of the CQN comb generator using an optical waveguide device. en
dc.description.abstract Tässä väitöskirjassa esittelen uuden tekniikan keski-infrapuna-alueen taajuuskamman tuottamiseksi. Motivaationa tutkimukselleni on koherenttien valonlähteiden tärkeys molekyylispektroskopiassa. Tämä koskee erityisesti keski-infrapuna-aluetta, missä molekyylien fundamentaalit pyörimis-värähdyssiirtymät sijaitsevat. Molekyylispektroskopian mittauksissa koherentit valonlähteet mahdollistivat parhaan mahdollisen herkkyyden ja erottelukyvyn. Johdantona taajuuskampatutkimukselle väitöskirjatyössä tutkittiin lähellä degeneraatiota toimivaa optista parametrivärähtelijää. Väitöskirjassa tutkittu uusi menetelmä optisen taajuuskamman tuottamiseksi perustuu ketjuuntuviin epälineaarisiin optisiin ilmiöihin. Tätä uutta menetelmää käytettiin tuottamaan suuritehoinen keski-infrapuna-alueen taajuuskampa jatkuvatoimisella laserilla pumpatun optisen parametrivärähtelijän sisällä. Tutkimuksessani esittelen perusteellisen kokeellisen tutkimuksen uudesta keski-infrapuna-alueen taajuuskammasta. Erityisesti todennan uudella tavalla tuotetun taajuuskamman moodivälin yhtenäisyyden. Havainnollistan väitöskirjassani myös useita kokeellisia menetelmiä, joilla voidaan esimerkiksi parantaa tuotetun taajuuskamman vakautta, säätää taajuuskamman keskiaallonpituutta ja moodiväliä. Yhtenä tuloksena esittelen myös, että väitöskirjatyössä kehitetty menetelmä mahdollistaa optisessa taajuusasteikossa useiden oktaavien levyisen yhdistelmätaajuuskamman tuottamisen. Yllä mainitut menetelmät ja tulokset osoittavat taajuuskamman tuottamiseksi kehitetyn menetelmän soveltuvuuden molekyylispektroskopian vaativiin mittauksiin. Molekyylispektroskopian mittauksissa kenttäolosuhteissa tarvitaan robusteja ja pienikokoisia mittalaitteita. Väitöskirjani lopussa esittelen alustavia tuloksia kokeista, joissa taajuuskampa on tuotettu pienikokoisella järjestelmällä. Tämä järjestelmä perustuu optiseen aaltojohteeseen. fi
dc.format.mimetype application/pdf fi
dc.language.iso en fi
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-951-51-4313-6 fi
dc.relation.isformatof Helsinki: Helsingin yliopisto, 2018 fi
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject fi
dc.title New method to generate mid-infrared optical frequency combs for molecular spectroscopy en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Halonen, Lauri fi
dc.ths Vainio, Markku fi
dc.opn Harren, Frans J. M. fi
dc.type.dcmitype Text fi

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Newmetho.pdf 1.044Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record